Röntgenreflektometrie und diffuse Röntgenstreuung zur Charakterisierung von Grenzflächenrauheiten und Grenzflächenmorphologien im Bereich der Nanometrologie

Busch, Ingo

Die Charakterisierung von ultradünnen Schichtsystemen mit der diffusen Röntgenstreuung in koplanarer Geometrie (DXRS) wird auf ihre Eignung für die industrielle Praxis untersucht. Die Röntgenreflektometrie (XRR) ist eine der DXRS inhärente Methode zur tast- und zerstörungsfreien Messung ultradünner Schichtdicken (d < 100 nm), die kurzfristig als metrologisches Instrument etabliert werden kann. Es werden Untersuchungen an unterschiedlichen Prototypen für Schichtdickennormale durchgeführt, die belegen, dass die DXRS hohe metrologische Anforderungen in Bezug auf die Messgenauigkeit erfüllt und somit als Referenzmethode geeignet ist. Im Fall der diffusen Röntgenstreuung werden zusätzlich zur spekulären Reflexion die angrenzenden diffusen Streuanteile gemessen. Diese enthalten detaillierte Informationen über die statistischen Eigenschaften der Grenzflächen von Vielschichtsystemen im Hinblick auf ihre Morphologie. Die Arbeiten zielen auf den mittelfristigen Einsatz der Röntgenstreuung im Bereich der Nanometrologie. Messungen an verschiedenen Vielschichtsystemen demonstrieren den Einsatz der Methode und umreißen die ermittelbaren Grenzflächenparameter wie Rauheiten und Korrelationslängen. Zusätzlich belegen sie die Realisierbarkeit der Methode an einem Labormessplatz. Die zur Interpretation der Streubilder erforderliche Theorie, die die Basis für eine numerische Simulation bilden, werden vorgestellt. Auf der Basis auf den durchgeführten Messungen und den theoretischen Untersuchungen wird die Anwendung der diffusen Röntgenstreuung in der Nanometrologie diskutiert.

The use of diffuse X-ray scattering in coplanar geometry (DXRS) for the characterization of ultra thin film multilayers is investigated with respect to its use in industrial application. X-ray reflectometry (XRR) is a technique in the framework of DXRS. XRR is a non-contact and non-destructive method to measure the thickness of ultra-thin solid films (d < 100 nm), which is to be used as a metrological instrument in the near future. Investigations carried out on different prototypes of film thickness standards are presented to demonstrate the high accuracy of DXRS. In the case of DXRS, the diffuse scattered part of the radiation is measured in addition to the specular part and contains the information about the statistical properties of the interface of the multilayer. This provides access to the systems morphology. The aim of the work is to prepare DXRS technique for use in nanometrology in the next years. Measurements on different samples are used to present DXRS in practical application and to demonstrate the interface parameter provided by the method, such as interface roughness or correlation length. In addition it is proved, that DXRS can be realized on small laboratory scale. The basic theory of DXRS for interpretation of the scattering images is briefly introduced. The theory is also a starting point for the numerical simualtion of the scattering process. A discussion about the use of DXRS in nanomorphology is held on the basis of the experimental and theoretical results.

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Busch, Ingo: Röntgenreflektometrie und diffuse Röntgenstreuung zur Charakterisierung von Grenzflächenrauheiten und Grenzflächenmorphologien im Bereich der Nanometrologie. 2004.

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